心脏电信号的提取方法研究

论文摘要

心电图机是一类诊断心脏疾病的仪器,用来记录心脏活动过程中所产生的生理电信号,它通过向医生提供心电图来达到诊断目的。从1903年荷兰的爱因托芬（Willem Einthoven）制造出第一台弦线式电流计以来,心电图机的发展已有100多年的历史。随着生活水平日益提高,人们对自身健康更加关注,这在一定程度上推动了健康监护仪器的普及与应用。现在普通家庭使用心电图机进行健康监护尚处于起步阶段,而且市面上的心电图机的操作一般十分复杂,大部分医院所使用的心电图机都需要经过专门的培训才能够使用,这给心电图机的普及与应用造成了一定的困难,因此,为了更加方便人们监护心脏健康情况,开发一种便携、经济、实用的家用心电监护仪器,实现心脏病患者的自我发现、自我诊断以及自我护理势在必行。本论文硬件系统采用ATmega64为核心控制器,利用专用的仪器仪表放大器AD620A、高速A/D转换器AD7677AST和多路模拟开关CD4051设计；计算机应用程序采用美国的国家仪器有限公司（Nation Instruments,简称为NI）推出的一套专用于虚拟仪器开发的开发平台—-LabVIEW进行设计。根据人体心电信号的特征,设计性能优良的心电信号采集系统,对心电信号的处理包括数据采集、数字滤波和波形分析,心电信号的自动分析是一个复杂的过程,目前对于心电信号的自动分析还很不完整,需要医生的参与。系统由硬件和软件两部分组成,其中硬件部分分为模拟电路设计和数字电路设计,包括了心电信号的接收、放大和滤波电路以及采集电路两部分,其中模拟电路设计分为输入缓冲电路设计、屏蔽线驱动和右腿驱动电路设计、心电前置放大电路设计、导联切换电路设计、带通滤波电路设计、抗工频干扰和肌电干扰电路设计、主放大及电平抬升电路设计；数字电路设计分为ADC电路设计、单片机电路设计、通信电路设计。软件部分包括下位机数据采集系统的设计、上位机软件设计和数字滤波算法的设计。硬件部分所要实现的功能为：通过电极采集到人体的心电信号并进行滤波等处理,通过采集卡将模拟信号转换成数字信号送入计算机中,然后进行后续的处理。心电数据也可通过RS232接口向上位机传输。软件部分所要实现的功能为：实现心电波形的采集部分、实现下位机与上位机之间的通信、用软件设计滤波的方法消除心电信号的基线漂移、把采集的数据保存、能够将心电波形在计算机屏幕所设计出的工作界面上直接进行显示。本设计把微弱的心电信号通过硬件电路提取出来,并上传到上位机,实现了心电信号的实时采集与显示。借助于计算机强大的数据处理功能来分析心电信号,能够为医学的诊断提供可靠的有效数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 国内外研究现状、水平及存在的问题
• 1.1.2 课题的目的及意义
• 1.2 课题的创新之处
• 1.3 本章小结
• 第二章 背景知识
• 2.1 心电图的背景知识
• 2.1.1 心电图介绍
• 2.1.2 医学上的常规导联
• 2.2 虚拟仪器的背景知识
• 2.2.1 虚拟仪器介绍
• 2.2.2 LabVIEW简介
• 2.3 AVR单片机
• 2.3.1 AVR单片机的简介
• 2.3.2 ATmega64特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统总体设计方案
• 3.1 设计要求及需解决的问题
• 3.1.1 设计的要求
• 3.1.2 系统要解决的问题
• 3.2 心电信号的特点、主要干扰源
• 3.2.1 心电信号的特点
• 3.2.2 主要干扰源
• 3.3 系统结构框图
• 3.4 系统设计原理
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件的设计
• 4.1 模拟电路的设计
• 4.1.1 导联线输入缓冲电路的设计
• 4.1.2 屏蔽线驱动和右腿驱动电路的设计
• 4.1.3 心电前置放大电路的设计
• 4.1.4 导联切换电路的设计
• 4.1.5 带通滤波电路的设计
• 4.1.6 抗工频干和肌电干扰电路的设计
• 4.1.7 主放大及电平抬升电路的设计
• 4.2 数字电路的设计
• 4.2.1 ADC电路的设计
• 4.2.2 单片机电路的设计
• 4.2.3 通信电路的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 软件和数字滤波算法的设计
• 5.1 软件设计概述
• 5.2 下位机数据采集软件
• 5.2.1 下位机程序流程图
• 5.2.2 下位机部分程序
• 5.3 上位机软件和滤波算法设计
• 5.3.1 上位机程序流程图
• 5.3.2 上位机通信程序
• 5.3.3 数字滤波算法的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统的调试
• 6.1 系统调试的要求
• 6.2 硬件调试
• 6.2.1 前置放大器的调试
• 6.2.2 带通滤波和陷波器的调试
• 6.3 软件调试
• 6.3.1 ATmega64采集数据程序的调试
• 6.3.2 LabVIEW分析心电数据的调试
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一 模拟电路图
• 附录二 数字电路图
• 学位论文评阅及答辩情况表